قرص سیلیسیم

قرص سیلیسیم یا قرص سیلیکون (به انگلیسی: Silicon wafer) یک برش نازک از یک نیمه‌رسانا مانند بلورهای سیلسیم است که در ساخت تراشه‌های الکترونیکی و دیگر ریزابزارها کاربرد دارد. این قرص‌های سیلیسیمی در ریزابزارهای الکترونیکی به صورت یک لایه کار می‌کنند به گونه‌ای که این ریزابزارها درون و روی قرص‌ها کار می‌شوند و یا بسیاری فرایندهای زیرساختی مانند آلایش، کاشت یون، لیتوگرافی نوری و... بر روی آن‌ها انجام می‌شود.
چندین گونه از سلول‌های خورشیدی هم از این قرص‌های سیلیسیمی ساخته شده‌اند. در قرص‌های سیلیسیمی خورشیدی، یک سلول خورشیدی که بیشتر چهارگوش است، تمام قرص سیلیسیم را دربر می‌گیرد.

قرص‌های سیلیسیم بسیار پالوده‌اند(با درصد پالودگی ۹۹/۹۹۹۹۹۹٪) و تک بلورهای آن‌ها هیچگونه کاستی ندارد.یکی از فرایندهای ساخت قرص‌های سیلیسیم، فرایند کشت چوخرالسکی است که نخستین بار از سوی شیمیدان لهستانی یان چوخرالسکی پیشنهاد شد. در این فرایند شمش بلوری ماده یا به عبارت دیگر سیلیسیم تک‌بلوری بسیار پالوده از راه بیرون کشیدن بذر بلور از یک ناحیهٔ آب شده بدست می‌آید.برخی اتم‌های ناخالصی مانند بور یا فسفر را هم می توان در اندازه‌های بسیار دقیق به ناحیهٔ آب شده افزود تا به این ترتیب با آلایش سیلیسیم، ساختار ماده را دگرگون کنیم و به نیمه‌رسانای n و نیمه‌رسانای p برسیم.

آنگاه شمش بدست آمده را با کمک ارّهٔ سیمی، برش و سپس جلا می‌دهند تا به شکل دلخواه درآید. اندازهٔ قرص‌های سیلیسیم برای فتوولتاییک میان ۱۰۰ تا ۲۰۰ میلیمتر (مربعی) و ضخامت آن‌ها ۲۰۰ تا ۳۰۰ میکرومتر است. البته قرار است که در آینده ضخامت ۱۶۰ میکرومتر، ضخامت استاندارد دانسته شود.در الکترونیک از قرص‌های به قطر ۱۰۰ تا ۳۰۰ میلیمتر بهره برده می‌شود. بزرگترین قرص ساخته شده تا کنون ۴۵۰ میلیمتر قطر داشته که هنوز به خط تولید نرسیده‌است.

پاکسازی، زبری دادن و رویه سازی
رویهٔ قرص‌های سیلیسیم را با کمک اسیدهای ضعیف پاکسازی می‌کنند تا ذرات ناخواسته را از سطح آن بزدایند یا آسیب‌های پدید آمده بر سطح آن در هنگام فرایند بُرش را بهبود بخشند. هنگامی که قرار باشد این قرص‌ها را در سول‌های خورشیدی بکار برند، زبری و رویهٔ ویژه‌ای را برای آن‌ها درست می‌کنند تا بازدهی آن‌ها بالا رود. برای چاپ فلزی، شیشهٔ فسفوسیلیکات معمول یا PSG از روی لبه‌های قرص‌ها برداشته می‌شود.

اندازهٔ استاندارد قرص‌های سیلیسیم
پهنای قرص‌های سیلیسیم از ۲۵/۴ میلیمتر (یک اینچ) تا ۳۰۰ میلیمتر (۱۱/۸) گسترده شده‌است.کارخانه‌های ساخت نیمه رساناها بر پایهٔ پهنای قرصی که قرار است تولید کنند و برای آن مجهز شده‌اند دسته بندی می‌شوند. با گذر زمان پهنای قرص‌های تولیدی بیشتر شد تا بازدهی بالا رود و هزینه‌های ساخت کم شود. تا کنون بیشترین پهنای قرص‌ها ۳۰۰ میلیمتر (۱۲ اینچ) بوده‌است که قرار است در آینده این بزرگی به ۴۵۰ میلیمتر یا ۱۸ اینچ برسد.شرکت‌هایی چون اینتل، تی‌اس‌ام‌سی و سامسونگ هر یک جداگانه بر روی این مسئله سرمایه گذاری کرده‌اند و گروه‌های پژوهشی راه انداخته‌اند تا نمونهٔ اعلای قرص ۴۵۰ میلیمتری را تا سال ۲۰۱۲ بسازند. البته هنوز مانع‌های زیادی پیش پای آنان است. دین فریمن یک تحلیلگر گارتنر پیشبینی کرده‌است که کارخانه‌های تولیدکنندهٔ قرص سیلیسیم ممکن است تا میان سال‌های ۲۰۱۷ تا ۲۰۱۹ بتوانند به این موفقیت دست یابند.

بازهٔ پهنای قرص‌های سیلیسیم به قرار زیر است:
    ۲۵ mm یا ۱-اینچ
    ۵۱ mm یا ۲-اینچ با ضخامت ۲۷۵ میکرومتر.
    ۷۶ mm یا ۳-اینچ با ضخامت ۳۷۵ میکرومتر.
    ۱۰۰ mm یا ۴-اینچ با ضخامت ۵۲۵ میکرومتر.
    ۱۳۰ mm یا ۵-اینچ و یا ۱۲۵ mm یا ۴٫۹-اینچ با ضخامت ۶۲۵ میکرومتر.
    ۱۵۰ mm یا ۵٫۹-اینچ که بیشتر ۶-اینچ گفته می‌شود. با ضخامت ۶۷۵ میکرومتر.
    ۲۰۰ mm یا ۷٫۹-اینچ که بیشتر ۸-اینچ گفته می‌شود. با ضخامت ۷۲۵ میکرومتر.
    ۳۰۰ mm یا ۱۱٫۸-اینچ که بیشتر ۱۲-اینچ گفته می‌شود. با ضخامت ۷۷۵ میکرومتر.
    ۴۵۰ mm یا ۱۸-اینچ با ضخامت ۹۲۵ میکرومتر (مورد انتظار).
فرض بر این است که ضخامت قرص سیلیسیم چنان باشد که بتواند بار وزن خود را بکشد و در طول کار ترک نخورد. همچنین قرص‌هایی که غیر از سیلیسیم از مواد دیگری هم ساخته شده‌اند به دلیل همین مسئلهٔ ترک می‌توانند هم قطر قرص سیلیسیمی باشند اما ضخامتی متفاوت داشته باشند.